技术领域
[0001] 本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种轻质保温耐水硫氧镁板及制备方法。
相关背景技术
[0002] 硫氧镁板由三元体系的胶凝材料组成，三元体系为MgO‑MgSO4‑H2O，具有抗折强度高、耐磨性能好、耐火等优点，但也存在密度高、强度稳定性不佳、导热系数高、耐水性差等问题，因素制约了其在工程上的实际应用。
[0003] 因此，有必要对现有技术中硫氧镁板进行改进。
具体实施方式
[0028] 下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0029] 型号
[0030] 氧化镁采购自辽宁仁祥耐火材料有限公司；
[0031] 硫酸镁采购自连云港丰田生物科技有限公司；
[0032] 稻壳采购自石家庄金穗农产品贸易有限公司；
[0033] 磷酸盐采购自济南夜青生物科技公司；
[0034] 羟基乙酸采购自广州市德力化工有限公司；
[0035] 葡萄糖酸采购自苏州化工科技有限公司；
[0036] 柠檬酸采购自宜兴协联生物化学有限公司；
[0037] 硅酸钠采购自河南路博仕新材料科技有限公司；
[0038] 硫酸亚铁采购自郑州威达水处理材料有限公司；
[0039] 发泡剂采购自河南永立建材有限公司；
[0040] 气凝胶粉末采购自深圳中凝科技有限公司；
[0041] 矿棉采购自泰安金绿色新型建材有限公司；
[0042] 短切玻璃纤维采购自山东腾鑫工程材料有限公司。
[0043] 氧化镁
[0044] 指轻烧氧化镁，是硫氧镁水泥胶凝材料的组分之一，其活性氧化镁的含量为60％～70％，粒径为10～30μm。氧化镁是碱性氧化物，也是一种离子化合物。氧化镁为镁质材料提供强度，氧化镁在水溶液中反应成胶体氢氧化镁，与硫酸镁形成水泥胶凝体系，继而为镁质材料固化后提供优良的强度和耐磨性能。氧化镁活性过低，颗粒分散度低，水化反应进行缓慢，材料凝结时间过长，且氧化镁反应不完全，造成硫氧镁板制品强度下降；氧化镁活性过高，反应放热集中，易产生的结晶应力使硫氧镁板制品开裂变形。
[0045] 硫酸镁水溶液
[0046] 也是硫氧镁水泥胶凝材料的组分之一，硫酸镁水溶液作为镁质材料的调和液，不含卤素，有效避免返卤和腐蚀金属材质等问题。波美度是表示溶液浓度的一种方法，硫酸镁水溶液的波美度为27～30度，硫酸镁水溶液的波美度过大，水溶剂减少，反应物氧化镁会过多，且浆料流动性变差，由相对湿度保持在浆料到硬化浆料的凝固时间过快，易导致集中放热，产生镁质材料板胀裂、变形或起翘；硫酸镁水溶液的波美度过小，水溶剂增多，多余的水分降低镁离子、硫酸根离子的浓度，氧化镁水化层与镁离子和硫酸根离子的接触机率减少，晶体的生成量和结晶度降低，硫氧镁板的强度降低，固化过程中，多余的水分以水蒸气的形式向外扩散，体系内部形成大量的孔道，空隙率可控性不佳。
[0047] 镁质晶须
[0048] 为5.1.7型碱式硫酸镁，具体结构为5Mg(OH)2·MgSO4·7H2O；镁质晶须由氧化镁和硫酸镁水溶液在磷酸盐改性剂作用下制得。
[0049] 制备方法如下：
[0050] (1)称取摩尔比为1：2的氧化镁和七合水硫酸镁，磷酸盐的添加量为氧化镁质量的1％～5％；
[0051] (2)将磷酸盐和七合水硫酸镁溶于去离子水中，再将氧化镁加入并搅拌均匀，得第一混合反应液；
[0052] (3)第一混合反应液升温至40～45℃，保温反应24h，得第二混合反应液；
[0053] (4)第二混合反应液抽滤后并洗涤，制得镁质晶须固体，干燥后备用。
[0054] 浆料中镁质晶须的添加改善硫氧镁板的力学性能，镁质晶须对三元体系水化进程的促进，在反应中起到了晶核的作用，浆料中的离子可在镁质晶须表面进行二次成核和生长；对三元体系中晶体结构形貌的控制，提高晶体结构的密集和长径比，使得晶体贯穿于发泡基体的硫氧镁板中，提高硫氧镁板的密实程度，在硫氧镁板中起到支撑作用，减少干缩率，进而也改善硫氧镁板的力学性能和耐水性能。
[0055] 轻质填料
[0056] 包括气凝胶粉末和稻壳。气凝胶粉末是一种低密度、具有较低导热系数的无机材料，气凝胶粉末的加入不仅可以大大改善硫氧镁板的保温效果，还可以降低板材的密度。气凝胶粉末的添加量过多对硫氧镁板的抗压强度有消极影响。
[0057] 稻壳疏松多孔、具有质量轻、导热系数低等特点，外表面的物质组成含有大量的半纤维素和多聚戊糖，在水溶液中半纤维素和多聚戊糖水解会抑制料浆中氧化镁的水化，进而影响浆料的初凝速度，影响硫氧镁板的晶体结构，导致稻壳与晶体的接触面密实度下降，形成空隙。此外表面还存在薄薄的蜡质层，减弱了稻壳与硫氧镁板界面的机械咬合力。碱液预处理后的稻壳，通过去除表面的蜡质层、半纤维素和多聚戊糖，提高稻壳表面的凹凸性，加大与硫氧镁板发泡基体的摩擦力和机械咬合力，宏观提高了硫氧镁板的抗压强度，但导热系数升高，也不利于形成轻质保温硫氧镁板。
[0058] 稻壳通过烷基磺酸钠改性，保留导热性能，提高了稻壳在浆料中的分散性，以及增大与硫氧镁板的接触面积，提高与硫氧镁板界面的机械咬合力，保证了硫氧镁板的抗压强度和保温性能。
[0059] 稻壳的改性制备：将稻壳溶于质量分数1％～3％烷基磺酸钠溶液中，稻壳和烷基磺酸钠溶液的质量比为1：(10～15)，充分搅拌30～50min，并干燥备用。
[0060] 防水剂
[0061] 硅酸钠和/或硅酸钾。硅酸钠的添加可以提高硫氧镁板的耐水性能，硅酸钠和/或2+
硅酸钾与Mg 反应生成的水合硅酸镁填充于硫氧镁板内的晶体结构孔隙中，且使得硫氧镁水化产物的晶体粒径变小，从而使发泡基体的硫氧镁板更加致密。
[0062] 纤维
[0063] 包括矿棉和/或短切玻璃纤维。进一步的，纤维包括矿棉和短切玻璃纤维。与晶须复配，进一步提高硫氧镁板的力学强度和结构稳定性，且矿棉的导热系数0.034～0.037W/(m.k)，可进一步提高硫氧镁板的保温效果。
[0064] 固化改性剂
[0065] 包括有机酸和硫酸亚铁。有机酸的改性原理为酸离子与镁离子形成不溶性盐，并包覆在氧化镁颗粒表面，形成水化保护层，进而降低氧化镁诱导前期和诱导期的水化速率，使得水化放热缓慢进行，促使形成稳定的晶相结构，减少氢氧化镁的形成，提高硫氧镁板的耐水性能。进一步的，有机酸为羟基乙酸和柠檬酸，或为羟基乙酸和葡萄糖酸。由于柠檬酸、羟基乙酸和葡萄糖酸即有羟基又能羧基，可与镁离子通过配位键形成亲水螯合物，提高硫氧镁板内晶相结构的稳定性。其中，羟基乙酸为C2有机酸，与镁离子形成的螯合物体积小，空间障碍小，随着缔和、结晶过程的进行，使得螯合物的空间排列更加紧密并使其空间张力减少；与葡萄糖酸和柠檬酸与镁离子形成的螯合物协同作用，形成稳定的晶相结构，提高了硫氧镁板的耐水性。硫酸亚铁中，亚铁离子水化后与料浆中的氢氧根生成氢氧化亚铁凝胶，与硫氧镁板中的晶体共同作用封闭硫氧镁板内的毛细血孔，进而发挥堵孔的作用，限制水分子在空隙中的传输，提高硫氧镁板的耐水性能；硫酸根离子作为惰性生长基元插入晶体结构中特定的晶格位点，协同有机酸改性剂限制晶体的沿其他方向的生长，形成一维方向上针棒状形貌的晶体，得到结构更紧密的晶体，进一步提高硫氧镁板的耐水性能。
[0066] 蛋白发泡剂
[0067] 可用植物蛋白发泡剂、动物蛋白发泡剂和高分子复合发泡剂，进一步的，发泡剂为动物蛋白发泡剂，动物蛋白发泡剂产生的气泡稳定性更佳，泡沫量大且泡沫细密。
[0068] 按质量份数计，固化改性剂的组成如表1所示：
[0069]
[0070] 按质量份数计，轻质填料的组合如表2所示：
[0071] 烷基磺酸钠改性稻壳 未改性稻壳 气凝胶粉末组合A 1 — 5
组合B — 1 5
组合C 1 — —
[0072] 按质量份数计，轻质保温耐水硫氧镁板的浆料组成如表3所示：
[0073]
[0074]
[0075] 实施例1～4和对比例1～4轻质保温耐水硫氧镁板的制备方法包括以下步骤：
[0076] S1：准备模具，模具上设置有基材，将加强层铺设于基材表面，加强层为网格布和/或无纺布；
[0077] S2：制备镁质晶须：
[0078] 为5.1.7型碱式硫酸镁，具体结构为5Mg(OH)2·MgSO4·7H2O；镁质晶须由氧化镁和硫酸镁水溶液在磷酸盐改性剂作用下制得；制备方法如下：
[0079] (1)称取摩尔比为1：2的氧化镁和七合水硫酸镁，磷酸盐的添加量为氧化镁质量的2.3％；
[0080] (2)将磷酸盐和七合水硫酸镁溶于去离子水中，再将氧化镁加入并搅拌均匀，得第一混合反应液；
[0081] (3)第一混合反应液升温至42℃，保温反应24h，得第二混合反应液；
[0082] (4)第二混合反应液抽滤后并洗涤，制得镁质晶须固体，干燥后备用[0083] S3：将矿棉和水按比例混合均匀，得第一部分料浆；
[0084] S4：氧化镁、硫酸镁水溶液、镁质晶须、轻质填料、防水剂和固化改性剂按表3比例混合均匀，得第二部分料浆，第一部分浆料和第二部分浆料混合后再加入发泡剂搅拌均匀，制得料浆；
[0085] S5：混合均匀的料浆涂覆于加强层表面初步成型，得硫氧镁板凝胶胚体；
[0086] S6：硫氧镁板凝胶胚体分块并分配至成型框，进行第一次固化得硫氧镁板基体，第一次固化前还需进行养护，第一次固化温度控制在37℃，相对湿度保持在66％，固化时间24h；
[0087] S7：硫氧镁板基体脱模，并进行第二次固化得轻质保温耐水硫氧镁板，第二次固化前也需进行养护，第二次固化的温度为46℃，相对湿度保持在52％，固化时间72h。
[0088] 第一次固化后的硫氧镁板基体仍具有较高的温度，通过隔层板将上下相邻的硫氧镁板基体形成散热间隙，防止局部的温度过高；也有利于上下相邻硫氧镁板基体之间水分的挥发，提高第二次固化的效率，同时提高硫氧镁板基体的结构稳定性和强度。
[0089] 实施例5
[0090] 轻质保温耐水硫氧镁板的浆料组成按上表3中实施例1的配比配置，轻质保温耐水硫氧镁板的制备过程中，第一次固化和第二次固化的温度均为42℃，其制备步骤和其他条件均不变。
[0091] 实施例6
[0092] 轻质保温耐水硫氧镁板的浆料组成按上表3中实施例1的配比配置，轻质保温耐水硫氧镁板的制备过程中，仅设置第一次固化，第一次固化的温度均为36℃，时间为2天，其制备步骤和其他条件均不变。
[0093] 轻质保温耐水硫氧镁板的性能测试：
[0094] 1、硫氧镁板的密度：检测指标GB/7019‑2014；
[0095] 2、导热系数：检测指标GB/10294‑2008；
[0096] 3、抗冲击强度：检测指标GB/7019‑2014；
[0097] 4、干缩率：检测指标GB/7019‑2014；
[0098] 5、耐水性：用软化系数衡量，表达式为K＝f/F。K—材料的软化系数；f—板材在水饱和状态下的抗压强度，MPa；F—板材在干燥状态下的无侧限抗压强度，Mpa。
[0099] 实施例和对比例轻质保温耐水硫氧镁板的性能测试结果如下表4所示：
[0100]
[0101]
[0102] 实施例2相较于实施例1，轻质填料稻壳未改性虽然导热系数降低，有利于制得轻质保温硫氧镁板，但抗压强度降低。
[0103] 实施例5和实施例6相较于实施例1，第一次固化温度提升，料浆固化速度过快，固化的稳定性不佳，对抗压强度、保温性和固化后的结构稳定性均有消极影响。硫氧镁板基体未进行第二次固化，存在固化不完全现象，对抗压强度和保温性也有消极影响，所得硫氧镁板内还存在水分，干缩率增大。
[0104] 对比例1相较于实施例1，固化改性剂未包括有机酸，浆料固化速度增大，粘稠度上升进而板面出现气孔等导致板面不平整，对硫氧镁板的力学性能有消极影响。
[0105] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
